автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.12, диссертация на тему:Автоматизация проектирования элементарных и комбинированных силовых механизмов станочных приспособлений в условиях применения интегрированных САПР

Брянский государственный технический университет

На правах рукописи

Зотина Ольга Витальевна

Автоматизация проектирования элементарных и комбинированных силовых

механизмов станочных приспособлений в условиях применения интегрированных САПР

Специальность 05.13.12 - Системы автоматизации проектирования

Автореферат диссертации на соискание учёной степени кандидата технических наук

Брянск 2006

Работа выполнена на кафедре "Технология машиностроения" Брянского государственного технического университета.

Научный руководитель - заслуженный работник высшей школы РФ

доктор технических наук, профессор Ильицкий В.Б.

Официальные оппоненты - доктор технических наук, профессор

Хандожко A.B.

кандидат технических наук, доцент Добровольский Г.И.

Ведущее предприятие - ООО «Брянский автомобильный завод»

Защита состоится 14 февраля 2006 года в 14 часов на заседании диссертационного совета К212.021.01 Брянского государственного технического университета по адресу: 241035, г. Брянск, б-р. 50 лет Октября, д. 7, Брянский государственный технический университет.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Брянского государственного технического университета.

Автореферат разослан 13 января 2006 года.

Ученый секретарь диссертационного совета, кандидат технических наук, доцент

В.А. Шкаберин

£Oô£A

7gtE~~ 3

I 1 ^ ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность. Проектирование силовых механизмов является одним из этапов проектирования станочных приспособлений. Автоматизация проектирования станочных приспособлений позволяет сократить сроки проектирования, снизить себестоимость проектных работ и повысить качество создаваемых конструкций.

Современный подход к автоматизации проектирования станочных приспособлений рассматривается в рамках тенденции внедрения в промышленное производство CALS-технологий, предполагающих создание единого информационного пространства на протяжении всего жизненного цикла изделия. Для успешной реализации CALS-технологий в производстве широко используются интегрированные САПР (CAD, САМ, CAE, PDM(PLM) и САПР ТП).

В результате анализа существующих интегрированных САПР не найдено специализированной системы, охватывающей в полном объеме все этапы проектирования станочного приспособления и содержащей все необходимые расчетные модули. А также не найдено специализированных приложений к интегрированным САПР, позволяющих выполнять автоматизированное проектирование элементарных и комбинированных силовых механизмов станочных приспособлений, которое характеризуется трудоемкостью, многовариантностью инженерных решений при проектировании, наличием большого множества конструкций и отсутствием однозначных критериев их выбора. Для решения подобных задач возникает необходимость в привлечении методов многокритериального выбора технических решений.

Вопросы автоматизации проектирования объектов при отсутствии специализированных САПР решаются методом адаптации универсальной системы к конкретной предметной области путем разработки специализированных приложений, представляющих собой узко-направленные автоматизированные системы проектирования.

Таким образом, данная работа, направленная на автоматизацию проектирования элементарных и комбинированных силовых механизмов станочных приспособлений в условиях применения интегрированных САПР с использованием методов многокритериального выбора технических решений является актуальной.

При выполнении диссертации использовались результаты, полученные в работах по грантам Министерства образования и науки Российской Федерации по фундаментальным исследованиям в области технических наук по проекту «Исследования влияния упруго-пластической релаксации в сопряжениях элементов технологической оснастки на динамические характеристики технологической системы» (Шифр Т02-06.3-576, 2003г.-2004г.), а также в работах по плану

проведения НИР в БГТУ с 2002 г. по 2007 г.

РОС. НАЦИ€<1АЛЬНАЯ j БИБЛИОТЕКА I

СЯетф 09

Целью работы является автоматизация проектирования элементарных и комбинированных силовых механизмов станочных приспособлений в условиях применения интегрированных САПР с использованием методов многокритериального выбора технических решений.

Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:

1. Разработать общую методику и алгоритм автоматизированного проектирования элементарных и комбинированных силовых механизмов станочных приспособлений в условиях применения интегрированных САПР.

2. Разработать методику и алгоритм автоматизированного расчета силы закрепления заготовки в станочном приспособлении.

3. Построить математическую модель выбора параметров зажимного устройства с привлечением многокритериальных методов принятия решений.

4. Разработать алгоритмы автоматизированного расчета параметров элементарных и комбинированных силовых механизмов.

5. Разработать автоматизированную систему проектирования элементарных и комбинированных силовых механизмов станочных приспособлений в качестве специального приложения к интегрированной САПР.

6. Разработать информационное обеспечение автоматизированной системы проектирования элементарных и комбинированных силовых механизмов станочных приспособлений.

7. Исследовать применение разработанной автоматизированной системы для решения задачи автоматизированного проектирования элементарных и комбинированных силовых механизмов станочных приспособлений в условиях применения интегрированных САПР.

Методология и методы исследования. При выполнении исследований и реализации поставленных задач использовались научные положения теории автоматизированного проектирования, основы технологии машиностроения, основные научные положения системного анализа и теории принятия решений, элементы метода анализа иерархий и теории нечетких множеств. При разработке программных модулей использовалась объектно-ориентированная технология проектирования.

Основные положения, выносимые на защиту:

1. Общая методика и алгоритм автоматизированного проектирования элементарных и комбинированных силовых механизмов станочных приспособлений в условиях применения интегрированной САПР.

2. Математическая модель выбора параметров зажимного устройства с использованием метода анализа иерархий.

3. Разработанная автоматизированная система проектирования элементарных и комбинированных силовых механизмов станочных приспособлений.

Научная новизна работы состоит в следующем:

1. Предложена общая методика и разработаны алгоритмы автоматизированного проектирования элементарных и комбинированных силовых механизмов станочных приспособлений в условиях применения интегрированной САПР.

2. Разработана математическая модель выбора параметров зажимного устройства, основанная на использовании метода анализа иерархий.

3. Разработана структура и функциональная схема автоматизированной системы проектирования элементарных и комбинированных силовых механизмов станочных приспособлений.

Практическую ценность работы составляет разработанная автоматизированная система проектирования элементарных и комбинированных силовых механизмов станочных приспособлений, интегрированная в систему параметрического твердотельного моделирования T-FLEX.

Реализация результатов работы. Результаты исследований и разработанная автоматизированная система проектирования элементарных и комбинированных силовых механизмов станочных приспособлений прошли успешные испытания в проектном институте ОАО «ГПИСТРОЙМАШ», а также нашли применение в учебном процессе Брянского государственного технического университета на кафедре "Технология машиностроения" при подготовке специалистов по дисциплинам «Основы САПР», «САПР ТП», «Проектирование технологической оснастки», «Технология машиностроения».

Апробация работы. Основные научные и практические результаты работы докладывались и обсуждались на 4-й международной научно-технической конференции в 2001 г. в г. Брянске, на 56-й научной конференции профессорско-преподавательского состава в 2002 г. в г. Брянске, на международной научно-практической конференции молодых ученых и специалистов в 2003 г. в г. Воронеже, на международной научно-технической конференции в 2003 г. в городе Севастополе и других.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 6 печатных работ в виде научных статей и тезисов докладов.

Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, заключения, списка литературы из 92 наименований и приложения. Основная часть работы содержит 170 страниц машинописного текста, 38 рисунков и 25 таблиц. В приложениях приведены листинги основных программных модулей системы на языке Delphi и примеры заполнения базы данных. Общий объем работы -178 страниц.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность данной работы, а также отмечена необходимость в разработке общей методики и алгоритмов для автоматизации процесса проектирования элементарных и комбинированных силовых механизмов в условиях применения интегрированных САПР. Обоснована необходимость в

разработке математической модели выбора параметров зажимного устройства с использованием метода анализа иерархий и необходимость в разработке программного комплекса, представляющего собой автоматизированную систему проектирования элементарных и комбинированных силовых механизмов. Сформулированы цель работы и задачи, которые необходимо решить для достижения поставленной цели, указана научная новизна работы и приводится краткий обзор структуры работы.

В первой главе проведен анализ существующих методов проектирования станочных приспособлений. Отмечены недостатки традиционного (ручного) метода и сделан вывод об эффективности использования автоматизированного метода проектирования станочных приспособлений.

Проблема создания систем автоматизированного проектирования станочных приспособлений затрагивается во многих работах, посвященных автоматизации технологической подготовки производства. В частности, в этой области проводили исследования Аверченков В.И., Антипина Л.А., Ильицкий В.Б., Ракович А.Г., Цветков В.Д., Микитянский В.В., Кузнецов Ю.Н., Косов М.Г, Капустин Н.М. и др.

Анализ работ названных ученых показал, что недостаточно внимания уделено одному из этапов автоматизированного проектирования станочных приспособлений — проектированию силовых механизмов. В частности не уделено внимания автоматизированному проектированию элементарных и комбинированных силовых механизмов, которое характеризуется следующей последовательностью задач: расчет необходимой силы закрепления заготовки, выбор силового механизма, выбор привода, расчет параметров силового механизма, разработка конструкции.

В результате анализа особенностей проектирования элементарных и комбинированных силовых механизмов (винтового, клинового, эксцентрикового, рычажного, винто-рычажного, клино-рычажного, эксцентрико-рычажного, шарнирно-рычажного) было выявлено, что наиболее неопределенным и трудноформализуемым является этап выбора силового механизма. Это связано с тем, что одно и то же значение силы закрепления может обеспечиваться множеством альтернативных вариантов силовых механизмов в сочетании с различными типами (пневматический с поршневым цилиндром, пневматический с пневмокамерой, гидравлический, пневмогидравлический, ручной) и габаритами привода. В связи с этим целесообразно производить выбор параметров силового механизма одновременно с выбором параметров привода. Кроме того, на предпочтительность того или иного сочетания силового механизма и привода может влиять целый ряд дополнительных условий (критериев), например, ограничение по габаритам, связанное с размерами рабочего стола станка, ограничение по стоимости и др.

Сделан вывод о необходимости разработки и применения средств программной поддержки решения многокритериальных задач, ключевую роль в

которой играет построение математических моделей выбора, учитывающих неопределенность исходной информации, что позволит проектировщику более детально и последовательно отразить и формализовать свои предпочтения, заранее оценить и проанализировать последствия выбора каждого решения, исключить недопустимые варианты и выделить наиболее удачные решения, вследствие чего повысить научную и инженерную обоснованность и снизить субъективный фактор принимаемых решений и таким образом обеспечить качественное проектирование элементарных и комбинированных силовых механизмов.

В данной главе приводится описание современного подхода к автоматизированному проектированию станочных приспособлений в рамках тенденции внедрения в промышленное производство СЛЬв-технологий с использованием интегрированных САПР. В связи с этим сделан вывод о необходимости разработки программного комплекса, представляющего собой автоматизированную систему проектирования элементарных и комбинированных силовых механизмов в качестве специализированного приложения к интегрированной САПР.

В результате проведенного сравнительного анализа существующих на мировом рынке интегрированных САПР принято решение использовать для практической реализации автоматизированного проектирования элементарных и комбинированных силовых механизмов станочных приспособлений интегрированную российскую систему твердотельного и параметрического моделирования Т-РЬЕХ.

Вторая глава посвящена разработке общей методики и алгоритмизации процесса проектирования элементарных и комбинированных силовых механизмов в соответствии со схемой автоматизированного проектирования элементов станочного приспособления в условиях применения интегрированных САПР (рис.1).

В качестве объекта исследования в данной работе рассматривается процесс автоматизации проектирования элементарных и комбинированных силовых механизмов станочных приспособлений.

Задача автоматизированного проектирования элементарных и комбинированных силовых механизмов заключается в проектировании силового механизма

5М= { Тзт, Рбгп, Кят }, (1)

где 75/и - тип силового элементарного или комбинированного механизма, Рзт -параметры силового механизма, К.чт - конструкция силового механизма.

Для решения данной задачи определен необходимый состав средств автоматизации проектирования (рис.2), который включает в себя автоматизированную систему проектирования элементарных и комбинированных силовых механизмов, базу данных (БД), С АО-систему и параметрическую библиотеку твердотельных моделей элементов силовых механизмов.

Рис 1 Схема автоматизированного проектирования элементов станочного приспособления в условиях применения интегрированных САПР

Процесс автоматизированного проектирования элементарных и комбинированных силовых механизмов осуществляется конструктором в интерактивном режиме с помощью автоматизированной системы проектирования элементарных и комбинированных силовых механизмов, которая содержит все необходимые для проектирования расчетные модули. Информационную поддержку автоматизированного проектирования обеспечивает база данных, предназначенная для хранения необходимой в процессе проектирования информации, и параметрическая библиотека твердотельных моделей элементов силовых механизмов, с помощью которой конструктор в САБ-системе формирует твердотельную модель механизма.

Рис 2 Состав средств автоматизации проектирования элементарных и комбинированных силовых механизмов станочных приспособлений

Разработан алгоритм автоматизированного проектирования элементарных и комбинированных силовых механизмов (рис.3). Исходными данными для проектирования является ЗО модель обрабатываемой детали и спроектированных установочных элементов приспособления, которая передается с предыдущего этапа проектирования станочного приспособления.

На первом этапе производится расчет силы закрепления обрабатываемой детали. Разработаны методика и алгоритм автоматизированного расчета силы закрепления. Используя исходную твердотельную модель обрабатываемой детали, конструктор формирует расчетную схему закрепления (изображает все действующие на заготовку силы). Затем данные передаются в специальный модуль расчета для определения требуемой величины силы зажима.

ЗО модель детали и установочных шеиенгов приспособления

X

модуля оюетя сипсмого мехаииэма ■ юности от Твт

1 Расчёт силы закрепления заготовки IV

*

Выбор типа силового механизма Тт и параметров привода с использованием математической модели выбора

Выбор модуля расчета силового механизма в зависимости от Т™

Графическая библиотека 20 чертежей и ЗОмсдолей деталей

.силовых МС

Расчёт параметров силового механизма Рш

Разработка конструкции силового механизма Кт

Конструкторская документация

Рис 3 Алгоритм автоматизированного проектирования элементарных и комбинированных силовых механизмов станочных приспособлений

Далее производится выбор типа силового механизма Т*т и параметров привода, выбор требуемого модуля расчета силового механизма в зависимости от полученного значения 7ш и расчет параметров силового механизма />.™. Разработаны методики и алгоритмы автоматизированного расчета параметров всех типов элементарных и комбинированных силовых механизмов. На последнем этапе разрабатывается конструкция силового механизма и оформляется конструкторская документация.

Третья глава посвящена разработке математической модели выбора параметров зажимного устройства, основанной на применении метода анализа иерархий.

В результате анализа сравнительной характеристики типов силовых механизмов, приводов и предъявляемых к ним требований были выявлены следующие критерии выбора:

1) коэффициент усиления силового механизма,

2) быстродействие силового механизма,

3) обеспечение самоторможения механизма,

4) габариты привода,

3) стоимость привода.

Основными задачами, на решение которых ориентирована математическая модель, являются формирование множества допустимых альтернативных вариантов силового механизма и привода, оценивание альтернатив по выявленным критериям и их ранжирование с учетом предпочтительности.

Множество допустимых альтернатив формируется на основании исходного набора данных. Исходный набор данных представляет собой множество допустимых для рассмотрения типов силовых механизмов:

м0={мк\к=\,...,к0}, (2)

при этом каждому Мк соответствует диапазон 4 рекомендуемых значений коэффициента усиления /. Исходный набор типов приводов представляется в виде множества

л0 = {л, = (3)

Для каждого механизированного типа привода /7, задаётся набор рекомендуемых значений диаметров его поршня (диафрагмы)

= (4)

Также для каждого типа привода задается набор значений исходного усилия Q, соответствующих набору £>°:

(5)

Через Iо и Д, обозначим максимально допустимые значения соответственно длины привода и диаметра его поршня (диафрагмы), задаваемые с учетом размеров рабочего стола станка.

Критерием формирования начального множества альтернатив А является диапазон значений коэффициентов усиления силового механизма. Выполняется процедура анализа множества состоящая в нахождении таких значений

которые могут обеспечить для некоторого типа силового механизма при учете диапазона рекомендуемых значений коэффициента усиления этого механизма необходимое значение силы закрепления ¡V. В результате указанной процедуры

и

формируется начальное множество альтернатив, содержащее сочетания «силовой механизм - привод - диаметр поршня (диафрагмы) привода» (при использовании ручного привода: «силовой механизм-привод»):

А = ^мкуп^р>\мкем\ Я,е/7; Э/е/, <№<?к(6)

где ¿1 - соответственно нижняя и верхняя границы диапазона 4-

Множество допустимых альтернатив формируется путем выделения из множества А подмножества X альтернатив, для которых удовлетворяются ограничения по габаритам:

(7)

Второе неравенство означает (в условиях предположения о непрерывности функции что данная альтернатива по крайней мере допускает значения

длины, меньшие Ь0.

Полученное множество X содержит допустимые альтернативы - любая из них может претендовать на выбор в качестве решения задачи.

Далее для решения задачи выбора необходимо произвести оценивание элементов множества допустимых вариантов X по выбранным критериям.

Различные альтернативные варианты удовлетворяют каждому из этих критериев в разной степени, и увеличение предпочтительности по одному критерию часто ведет к ее уменьшению по другим. Кроме того, степень предпочтительности альтернативы по различным критериям может по-разному влиять на общий уровень ее предпочтительности.

Для построения процедуры синтеза оценок предпочтительности альтернатив был выбран метод анализа иерархий (МАИ), в рамках которого задача оценки предпочтительности альтернатив рассматривается как иерархическая совокупность подзадач оценки предпочтительности по отдельным критериям (возможно неравноценным), и процедура оценивания сводится к синтезу оценок альтернатив по каждому из критериев и оценок относительной важности (приоритетов) критериев с последующей взвешенной сверткой критериальных оценок в обобщенную оценку предпочтительности. Получаемые оценки измерены в безразмерной шкале отношений и имеют смысл уровней относительной значимости альтернатив в смысле достижения главной цели.

Первым этапом МАИ является декомпозиция исходной задачи на более простые составляющие, в результате чего строится иерархия, вершина которой соответствует главной цели, а промежуточные уровни содержат критерии оценки ее достижения. На самом нижнем уровне находится множество альтернатив, подлежащих оценке.

Для оценки предпочтительности множества X допустимых альтернатив строится иерархия, структура которой приведена на рис.4. Главная цель, состоящая в выборе рационального варианта зажимного устройства, детализируется

несколькими критериями, характеризующими выделенные ранее условия, влияющие на результат выбора. Помимо критериев С/, ..., С4 иерархия может содержать другие критерии, зависящие от условий конкретной задачи. Параметры Я характеризуют степени относительной важности детализирующих критериев по отношению к детализируемому, и для оценки их значений используется метод парных сравнений.

Информация об оценках альтернатив по каждому критерию представляется в форме экспертных суждений об относительном уровне предпочтительности одной альтернативы над другой в смысле этого критерия. Для перевода этих суждений в безразмерную шкалу также используется метод парных сравнений. Вместе с тем, некоторые свойства альтернатив (например, габариты) могут быть выражены в числовом виде (возможно с нечеткой формой оценок), и перевод их в безразмерную шкалу значительно проще и естественнее осуществлять, используя функцию принадлежности нечеткого множества наиболее предпочтительных значений. Таким образом, в условиях нашей задачи целесообразно рассматривать МАИ в сочетании с методами сравнения нечетких множеств.

Рис.4. Структура иерархии критериев оценки альтернатив

Рассмотрим принципы оценивания альтернатив по критериям, приведенным на рис.4.

1. Оценка альтернативы по критерию С/ - «быстродействие» определяется используемым типом силового механизма (т.е. значением параметра Мк), на основании чего альтернативы с одинаковым значением указанного параметра должны иметь одинаковые критериальные оценки. Поэтому целесообразно вначале выполнить оценивание типов силового механизма, содержащихся в множестве М, а затем распространить результат на альтернативы, составляющие множество X.

Пусть С1(Мк) - оценки силовых механизмов типа Мк по критерию С/, полученные методом парных сравнений. При этом, в соответствии с принципами

МАИ £С,(Л/4)=1. Тогда все альтернативы хеХ, связанные с силовым

МкеМ

механизмом типа Мк, будут иметь по данному критерию оценку

С,(х)=___ш

игш

где Nх {Мг) - число альтернатив в множестве X, имеющих силовой механизм типа М, (знаменатель в формуле (8) носит нормировочный характер, обеспечивая сохранение свойства равенства единице суммы оценок всех альтернатив).

2. Оценка альтернативы по критерию С2 - «обеспечение самоторможения», как и в случае критерия С/, зависит от параметра Ми, характеризующего используемый тип силового механизма. Для каждого типа силового механизма существует условие самоторможения. Процедура оценивания может быть построена по следующей схеме. Множество альтернатив X разбивается на три подмножества:

(9)

где Хст содержит альтернативы, обеспечивающие самоторможение силового механизма, Xист содержит альтернативы, обеспечивающие самоторможение силового механизма частично, а Хст - альтернативы, не обладающие этим свойством. Методом парных сравнений устанавливаются относительные приоритеты случаев наличия и отсутствия указанного свойства - пусть они равны соответственно С2{Хст), С2(х"ст) и С2(хст), где

С2(^+С2(^)+С2И= 1. Тогда все альтернативы хеХст по критерию С2 будут иметь оценку

с __С2(Хст)

Кт-с2{хст)+^ст-с2{х"ст)+кт-фсту

альтернативы хе Xйст по критерию С3 будут иметь оценку

С 6с) - С2{хист)

(10)

(11)

^рИэг

АД„

(13)

а альтернативы хе Хст -оценку С М=_С2{Хст) _

Km-C2(Xcm)+Ncm-C2{xZ)

где Ncm — число альтернатив, обеспечивающие

самоторможение, - число альтернатив, обеспечивающие самоторможение

частично, a Ncm - число альтернатив, не обладающих этим свойством.

Рис 5 Примерный вид функций принадлежности нечетких множеств предпочтительных значений габаритов

3. Для получения оценок по критериям С3/ и С32, связанным с предпочтительностью альтернатив по диаметру поршня (диафрагмы) привода и длине привода, вводим нечеткие множества С31 и С32, характеризующие предпочтительные значения этих параметров. Форма и основные параметры функций fj3/ и ц32 принадлежности этих нечетких множеств выбираются с учетом того, что вкладывается в понятие предпочтительности в условиях конкретной задачи выбора. В большинстве случаев, как упоминалось ранее, выдвигается требование вида «чем меньше габариты, тем лучше», что соответствует монотонному невозрастанию функций принадлежности на интервалах соответственно от 0 до D0 или от 0 до L0. Примерный вид функций принадлежности для данного случая показан на рис. 5.

Пусть альтернатива х еХ реализуется с диаметром D Jt р и имеет нечеткую оценку длины L Jf р. Тогда для получения оценки С31(х) вычисляется значение функции принадлежности jU3i(D j, р), которое затем делится на сумму таких значений для всех альтернатив с целью обеспечения равенства единице суммы оценок. Для получения оценки С32(х) определяется величина \ljp пС32|, где

LjP С32 = sup mm

которая затем делится на сумму таких величин для всех альтернатив.

4. Оценивание альтернатив по критерию С4 - «предпочтительность по стоимости» производится в предположении, что существующая информация о стоимости зажимных устройств позволяет попарно сравнивать по стоимости приводы различных типов с одинаковым диаметром поршня (пневмокамеры), а также приводы одного типа при разных значениях диаметров. С учетом этого, если С4(П) - относительные приоритеты типов приводов /7,е/7 при равных значениях диаметров, a C/Dj р) - относительные приоритеты приводов типа /7, для различных значений диаметра Dj р. то уровень предпочтительности альтернативы х еХ можно определить как произведение этих величин, деленное на сумму таких произведений для всех альтернатив, т.е.

С м- сМ,) с4(р Р)

СЛх)~Ес4ЮСМЛ (15)

rj хеХ

Далее осуществляется иерархический синтез, результатом которого является вектор обобщенных оценок предпочтительности альтернатив хеХ. Указанные оценки определяются в соответствии с правилом

C(*)=5>,C», (16)

J

при этом

Съ{х)=Х3]СЪ1(х)+ХпС32(х). (17)

Полученные значения С(х) упорядочивают допустимые альтернативы по степени их предпочтительности в условиях поставленной задачи выбора оптимальных параметров зажимного устройства. Таким образом в качестве решения задачи можно рассматривать набор

<Х,{с(х)\хеХ}>, (18)

где множество А'допустимых альтернатив представляется в форме (6).

Выполнена практическая реализация математической модели выбора параметров зажимного устройства при следующих исходных данных: модель станка - вертикально-фрезерный 6Р11, размеры рабочей поверхности стола станка - 250 х 1000 мм, требуемая сила закрепления заготовки №=2900 Н.

Наибольшее предпочтение отдано эксцентрико-рычажному силовому механизму в сочетании с ручным приводом. Результаты выбора представлены в виде диаграммы оценок предпочтительности альтернативных вариантов (рис.6).

Кгмнмы* ВиHTOmt*m Рмчажмы* Климо-рвмжжнм* Винто- ............о- Шорнирно-рьмАжмы*

(Jbl I «.III W РЫН«ВИ1№1Р

Рис. 6 Диаграмма оценок предпочтительности элементарных и комбинированных силовых механизмов в сочетании с приводом

Четвертая глава посвящена разработке автоматизированной системы проектирования элементарных и комбинированных силовых механизмов станочных приспособлений, интегрируемой в параметрическую систему твердотельного моделирования T-FLEX. Определены основные требования к программному комплексу. Выбрано программное, техническое и лингвистическое обеспечение. В качестве лингвистического обеспечения была использована интегрированная среда разработки приложений Delphi 7 и язык программирования Object Pascal.

Разработана структурно-функциональная схема автоматизированной системы проектирования элементарных и комбинированных силовых механизмов (рис. 7). Система состоит из модуля управления, модуля расчета силы закрепления заготовки, модуля, реализующего математическую модель выбора параметров зажимного устройства, и блока модулей расчета всех типов элементарных и комбинированных силовых механизмов.

Рис 7 Структурно-функциональная схема автоматизированной системы проектирования элементарных и комбинированных силовых механизмов

Центральным модулем автоматизированной системы является Модуль управления, который содержит все необходимые процедуры, позволяющие вызывать по требованию пользователя любой модуль системы. Также Модуль управления содержит процедуру вызова параметрической системы T-Flex в качестве сервера OLE Automation при просмотре, редактировании или создании требуемых моделей и чертежей деталей. Взаимодействие между модулями системы происходит с помощью обменного файла DATA.txt.

В данной главе приводится иллюстрация разработанных интерфейсов системы и описывается порядок работы каждого модуля.

Разработано информационное обеспечение автоматизированной системы проектирования элементарных и комбинированных силовых механизмов, которое состоит из параметрической библиотеки твердотельных моделей элементов силовых механизмов и реляционной базы данных формата Paradox, содержащей необходимые для проектирования сведения.

Параметрическая библиотека твердотельных моделей элементов силовых механизмов представляет собой совокупность файлов системы T-FLEX 3D CAD и включает следующие основные типы параметрических твердотельных моделей: твердотельные модели элементов клиновых (клиноплунжерных) механизмов, твердотельные модели элементов винтовых механизмов, твердотельные модели

элементов эксцентриковых механизмов и твердотельные модели элементов рычажных механизмов.

В пятой главе приводится краткое описание разработанного программного комплекса и рекомендации по его применению. Практическая реализация автоматизированной системы проектирования элементарных и комбинированных силовых механизмов, интегрированной в параметрическую систему твердотельного моделирования Т-РЬЕХ, показана на примере автоматизированного проектирования эксцентрико-рычажного силового механизма, приводящегося в действие ручным приводом. В результате автоматизированного проектирования получены твердотельная модель эксценрико-рычажного механизма, сборочный и деталировочные чертежи конструкции механизма.

Рис 8 Сборочный чертеж эксцентрико-рычажного силового механизма

Сборочный чертеж эксценрико-рычажного силового механизма (рис.8) состоит из следующих деталей:

• кулачок эксцентриковый круглый ГОСТ 9061-68,

• рукоятка цилиндрическая ГОСТ 8923-69,

• прихват передвижной шарнирный ГОСТ 9058-69,

• болт со сферической головкой ГОСТ 9048-69,

• гайка ГОСТ 5927-70,

• шайба коническая ГОСТ 13439-68,

• пружина сжатия ГОСТ 13165-67,

• штифт цилиндрический ГОСТ 3128-70.

Таким образом, разработанная система является законченной программой, которая может быть использована в производственных условиях и в учебных целях.

В данной главе приведена методика оценки технико-экономической эффективности от использования разработанной автоматизированной системы проектирования.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ И РЕЗУЛЬТАТЫ

1. Разработана общая методика и алгоритм автоматизированного проектирования элементарных и комбинированных силовых механизмов станочных приспособлений в условиях применения интегрированных САПР.

2. Разработана методика и алгоритм автоматизированного расчета силы закрепления заготовки в станочном приспособлении

3. Построена математическая модель выбора параметров зажимного устройства, основанная на использовании метода анализа иерархий.

4. Предложены алгоритмы автоматизированного расчета параметров элементарных и комбинированных силовых механизмов.

5. Разработана автоматизированная система проектирования элементарных и комбинированных силовых механизмов станочных приспособлений, интегрированная в параметрическую систему твердотельного моделирования Т-РЬЕХ.

6. Разработано информационное обеспечение автоматизированной системы проектирования элементарных и комбинированных силовых механизмов станочных приспособлений, включающее в себя параметрическую библиотеку твердотельных моделей элементов силовых механизмов и базу данных, предназначенную для хранения необходимой в процессе проектирования информации.

7. Использование разработанной автоматизированной системы проектирования элементарных и комбинированных силовых механизмов станочных приспособлений в условиях применения интегрированных САПР показано на примере проектирования эксцентрико-рычажного силового механизма.

ПУБЛИКАЦИИ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

1. Ильицкий В.Б., Малахов Ю.А., Зотина О.В. Обеспечение качества машин при выборе и проектировании элементарных зажимных механизмов // Сборник трудов 4-й международной научно-технической конференции, 10-11 мая 2001 г.: 2т./ Под общ. ред. А.Г.Суслова. - Брянск: БГТУ, 2001. - Т2. - С.45-47.

2. Зотина О.В., Подвесовский А.Г. Математическое моделирование выбора параметров зажимного устройства в задачах автоматизации проектирования станочных приспособлений // Современные методы проектирования машин.

Расчет, конструирование и технология изготовления. Сборник научных трудов. Вып. 1. В 3-х т. - Т.З / Под общей ред. П.А. Витязя. - Мн.: УП «Технопринт», 2002. -С. 81-86.

3. Ильицкий В.Б., Зотина О.В. Автоматизированный выбор элементарных и комбинированных зажимных механизмов станочных приспособлений // Тезисы докладов 56-й научной конференции профессорско-преподавательского состава / Под ред. O.A. Горленко и И.В. Говорова. - Брянск: БГТУ. 2002. - С.49-51.

4. Зотина О.В. Автоматизация проектирования зажимных устройств станочных приспособлений в условиях применения интегрированных CAD-систем // Социально-экономическое развитие регионов: реальность и перспективы. Сборник научных трудов международной научно-практической конференции молодых ученых и специалистов (20-21 марта 2003 г.) - Воронеж: ООО «Новый взгляд», 2003.-С. 20-21.

5. Ильицкий В.Б., Зотина О.В., Подвесовский А.Г. Выбор и оптимизация параметров зажимных устройств станочных приспособлений // Машиностроение и техносфера XXI века. Сборник трудов международной научно-технической конференции 8-14 сентября 2003 г. в городе Севастополе - Донецк, 2003. - С. 303308.

6. Ильицкий В.Б., Зотина О.В., Шничак С.А. Стопорение эксцентриковых зажимных механизмов // Журнал «СТИН», №7, 2003. - с.26-27.

Зотина Ольга Витальевна Автоматизация проектирования элементарных и комбинированных силовых механизмов станочных приспособлений в условиях применения интегрированных САПР Автореферат

Лицензия №020381 от 24.04.97. Подписано в печать ¡2.01.2006. Формат 60x84 1/16. Бумага типографическая №2. Офсетная печать. Печ. л. 1 Уч. изд. л., 1. Т. 100 экз. Заказ 10. Бесплатно.

Брянский государственный технический университет, 241035, г. Брянск, б-р. 50 лет Октября, д. 7.

Лаборатория оперативной полиграфии БГТУ, ул. Институтская, 16.

Töte"

»-167 8

ВВЕДЕНИЕ.

ГЛАВА 1. АНАЛИЗ СУЩЕСТВУЮЩИХ МЕТОДОВ ПРОЕКТИРОВАНИЯ ЭЛЕМЕНТАРНЫХ И КОМБИНИРОВАННЫХ СИЛОВЫХ МЕХАНИЗМОВ СТАНОЧНЫХ ПРИСПОСОБЛЕНИЙ.

1.1. Традиционный и автоматизированный методы проектирования станочных приспособлений.

1.2. Обеспечение качественного проектирования элементарных и комбинированных силовых механизмов.

1.3. Автоматизация проектирования станочных приспособлений в условиях применения интегрированных САПР.

1.4. Обоснование выбора интегрированной САПР для автоматизации проектирования элементарных и комбинированных силовых механизмов станочных приспособлений.

1.5. Постановка цели и задачи исследования.

ГЛАВА 2. РАЗРАБОТКА ОБЩЕЙ МЕТОДИКИ И АЛГОРИТМОВ ПРОЕКТИРОВАНИЯ ЭЛЕМЕНТАРНЫХ И КОМБИНИРОВАННЫХ СИЛОВЫХ МЕХАНИЗМОВ.

2.1. Общая методика и алгоритм автоматизированного проектирования элементарных и комбинированных силовых механизмов.

2.2. Методика автоматизированного расчета силы закрепления заготовки в станочном приспособлении.

2.3. Алгоритмизация расчетов параметров элементарных и комбинированных силовых механизмов.

2.3.1. Методика и алгоритм расчета клиновых (клиноплунжерных) силовых механизмов.

2.3.2. Методика и алгоритм расчета винтовых силовых механизмов.

2.3.3. Методика и алгоритм расчета рычажных силовых механизмов.

2.3.4. Методика и алгоритм расчета эксцентриковых силовых механизмов.

2.3.5. Методика и алгоритм расчета шарнирно-рычажных силовых механизмов.

2.3.6. Особенности автоматизированного расчета комбинированных силовых механизмов.

2.4. Выводы ко второй главе.

ГЛАВА 3. МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРОЦЕДУРЫ ВЫБОРА ПАРАМЕТРОВ ЗАЖИМНОГО УСТРОЙСТВА.

3.1. Критерии выбора параметров зажимного устройства.

3.2. Исходный набор альтернативных вариантов зажимного устройства.

3.3. Формирование множества допустимых альтернатив зажимного устройства.

3.4. Методика многокритериального оценивания альтернативных вариантов зажимного устройства.

3.5. Практическая реализация математической модели выбора параметров зажимного устройства.

3.6. Выводы к третьей главе.

ГЛАВА 4. РАЗРАБОТКА АВТОМАТИЗИРОВАННОЙ СИСТЕМЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ ЭЛЕМЕНТАРНЫХ И КОМБИНИРОВАННЫХ СИЛОВЫХ МЕХАНИЗМОВ.

4.1. Выбор средств разработки автоматизированной системы проектирования элементарных и комбинированных силовых механизмов.

4.2. Структура и функциональная схема автоматизированной системы проектирования элементарных и комбинированных силовых механизмов.

4.3. Информационное обеспечение автоматизированной системы проектирования элементарных и комбинированных силовых механизмов.

4.4. Выводы к четвертой главе.

ГЛАВА 5. ИССЛЕДОВАНИЕ АВТОМАТИЗИРОВАННОГО ПРОЕКТИРОВАНИЯ ЭЛЕМЕНТАРНЫХ И КОМБИНИРОВАННЫХ СИЛОВЫХ МЕХАНИЗМОВ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ РАЗРАБОТАННОЙ АВТОМАТИЗИРОВАННОЙ СИСТЕМЫ.

5.1. Краткое описание программного комплекса.

5.2. Практическая реализация автоматизированной системы проектирования элементарных и комбинированных силовых механизмов.

5.3. Методика оценивания технико-экономической эффективности от использования автоматизированной системы проектирования элементарных и комбинированных силовых механизмов.

5.3.1. Расчет годового экономического эффекта от внедрения автоматизированной системы проектирования.

5.3.2. Период возврата дополнительных капитальных вложений.

5.3.3. Анализ безубыточности автоматизированной системы проектирования.

5.4. Выводы к пятой главе.

Технический прогресс влечет за собой быстрое увеличение номенклатуры изделий машиностроения, постоянное усложнение конструкций машин и оборудования при возрастающих требованиях к их точности и эксплуатационной надежности. Это предъявляет все более жесткие требования к подготовке производства и технологии изготовления машин. Из-за необходимости непрерывного обновления и совершенствования машиностроительной продукции растут объемы и сложность проектно-конструкторских работ по созданию средств технологического оснащения.

В этих условиях большое значение приобретают вопросы совершенствования процессов проектирования станочных приспособлений, которые оказывают существенное влияние на производительность, точность и качество изделий.

Среди всех систем станочных приспособлений (универсально-безналадочных, универсально-наладочных, специализированных безналадочных и наладочных, универсально-сборных, сборно-разборных, неразборных специальных) неразборные специальные приспособления (НСП) являются наиболее трудоемкими и дорогостоящими в изготовлении. При освоении нового изделия ранее использовавшиеся НСП уже не пригодны и их необходимо конструировать и изготовлять вновь, что занимает до 80% длительности цикла технологической подготовки производства.

При обработке деталей на фрезерных, сверлильных и других станках одноименные операции часто выполняются с использованием станочных приспособлений различных схем и конструкций, что вызывает наличие на заводе большого количества разнообразных станочных приспособлений. На одну и ту же заготовку для обработки одной и той же поверхности можно разработать и применить несколько приспособлений, различающихся составом входящих в конструкцию приспособления функциональных механизмов.

Использование элементарных и комбинированных силовых механизмов в процессе конструирования станочного приспособления вызывает наибольшие трудности в связи с многовариантностью технических решений при их проектировании. Применение тех или иных альтернативных вариантов силовых механизмов определяется опытом и навыком конструктора. Для решения подобных задач, характеризующихся трудоемкостью, наличием большого множества конструкций и отсутствием однозначных критериев их выбора, возникает необходимость в разработке математической модели выбора, основанной на использовании методов многокритериального выбора технических решений.

Сократить сроки проектирования, снизить себестоимость проектных работ и повысить качество создаваемых конструкций позволяет автоматизация проектирования станочных приспособлений.

Проблема создания систем автоматизированного проектирования станочных приспособлений затрагивается во многих работах, посвященных автоматизации технологической подготовки производства. В частности, в этой области проводили исследования Аверченков В.И., Антипина J1.A., Ильицкий В.Б., Ракович А.Г., Цветков В.Д., Микитянский В.В., Кузнецов Ю.Н., Косов М.Г, Капустин Н.М. и др.

В настоящее время промышленные предприятия стремятся внедрять в свое производство CALS-технологии, предполагающие создание единого информационного пространства на протяжении всего жизненного цикла изделия. Для успешной реализации CALS-технологий в производстве широко используются интегрированные системы автоматизированного проектирования (САПР).

В настоящее время на российском и зарубежном рынке представлено большое количество интегрированных САПР, предназначенных для проектирования изделий машиностроения любой сложности. Однако полным составом компонентов, необходимых для решения всех задач автоматизации проектирования станочных приспособлений, не обладает ни одна из существующих систем. Многие из этих систем имеют специализированные модули для разработки технологической оснастки, но они включают в себя только проектирование форм для литья, штампов, пресс-форм, а проектирование станочных приспособлений проводится по схеме проектирования обычного изделия. Также не найдено специализированных приложений к интегрированным САПР, позволяющих выполнять автоматизированное проектирование элементарных и комбинированных силовых механизмов станочных приспособлений.

Вопросы автоматизации проектирования объектов при отсутствии специализированных САПР решаются методом адаптации универсальной системы к конкретной предметной области путем разработки специализированных приложений, представляющих собой узконаправленные автоматизированные системы проектирования.

В связи с этим возникает необходимость в разработке общей методики и алгоритмов автоматизированного проектирования элементарных и комбинированных силовых механизмов станочных приспособлений в условиях применения интегрированных САПР.

Таким образом, данная работа, направленная на автоматизацию проектирования элементарных и комбинированных силовых механизмов станочных приспособлений в условиях применения интегрированных САПР с использованием методов многокритериального выбора технических решений является актуальной для решения всего комплекса проблем автоматизации технологической подготовки производства.

При выполнении диссертации использовались результаты, полученные в работах по грантам Министерства образования и науки Российской Федерации по фундаментальным исследованиям в области технических наук по проекту «Исследования влияния упруго-пластической релаксации в сопряжениях элементов технологической оснастки на динамические характеристики технологической системы» (Шифр Т02-06.3-576, 2003г.-2004г.), а также в работах по плану проведения НИР в БГТУ с 2002г. по 2007г.

Цель работы. Целью работы является автоматизация проектирования элементарных и комбинированных силовых механизмов станочных приспособлений в условиях применения интегрированных САПР с использованием методов многокритериального выбора технических решений.

Методология и методы исследования. При выполнении исследований и реализации поставленных задач использовались научные положения теории автоматизированного проектирования, основы технологии машиностроения, основные научные положения системного анализа и теории принятия решений, элементы метода анализа иерархий и теории нечетких множеств. При разработке программных модулей использовалась объектно-ориентированная технология проектирования.

Научная новизна работы.

1. Предложена общая методика и разработаны алгоритмы автоматизированного проектирования элементарных и комбинированных силовых механизмов станочных приспособлений в условиях применения интегрированной САПР.

2. Разработана математическая модель выбора параметров зажимного устройства, основанная на использовании метода анализа иерархий.

3. Разработана структура и функциональная схема автоматизированной системы проектирования элементарных и комбинированных силовых механизмов станочных приспособлений.

Практическая ценность работы. Практическую ценность составляет разработанная система автоматизированного проектирования элементарных и комбинированных силовых механизмов станочных приспособлений, интегрированная в среду твердотельного параметрического моделирования T-FLEX.

В первой главе проведен анализ существующих методов проектирования станочных приспособлений. Отмечены недостатки традиционного (ручного) метода и сделан вывод об эффективности использования автоматизированного метода проектирования станочных приспособлений.

Анализ литературы показал, что недостаточно внимания уделено одному из этапов автоматизированного проектирования станочных приспособлений - проектированию силовых механизмов. В частности, не уделено внимания автоматизированному проектированию элементарных и комбинированных силовых механизмов.

Сделан вывод о необходимости разработки и применения средств программной поддержки решения многокритериальных задач, ключевую роль в которой играет построение математических моделей выбора, учитывающих неопределенность исходной информации, что позволит снизить субъективный фактор принимаемых решений и таким образом обеспечить качественное проектирование элементарных и комбинированных силовых механизмов.

Приводится описание современного подхода к автоматизированному проектированию станочных приспособлений в рамках тенденции внедрения в промышленное производство CALS-технологий с использованием интегрированных САПР. Сделан вывод о необходимости разработки программного комплекса, представляющего собой автоматизированную систему проектирования элементарных и комбинированных силовых механизмов в качестве специализированного приложения к интегрированной САПР.

В результате проведенного сравнительного анализа существующих на мировом рынке интегрированных САПР принято решение использовать для практической реализации автоматизированного проектирования элементарных и комбинированных силовых механизмов станочных приспособлений интегрированную российскую систему твердотельного и параметрического моделирования T-FLEX.

Вторая глава посвящена разработке общей методики и алгоритмизации процесса проектирования элементарных и комбинированных силовых механизмов станочных приспособлений в условиях применения интегрированных САПР. Поставлена задача автоматизированного проектирования элементарных и комбинированных силовых механизмов и определен необходимый состав средств автоматизации.

Процесс автоматизированного проектирования элементарных и комбинированных силовых механизмов осуществляется конструктором в интерактивном режиме с помощью автоматизированной системы проектирования элементарных и комбинированных силовых механизмов, которая содержит все необходимые для проектирования расчетные модули. Информационную поддержку автоматизированного проектирования обеспечивает база данных, предназначенная для хранения необходимой в процессе проектирования информации, и параметрическая библиотека твердотельных моделей элементов силовых механизмов, с помощью которой конструктор в CAD-системе формирует твердотельную модель механизма.

Приведены методики и алгоритмы автоматизированного расчета силы закрепления заготовки в приспособлении и методики и алгоритмы автоматизированного расчета параметров всех типов элементарных и комбинированных силовых механизмов.

Третья глава посвящена разработке математической модели выбора параметров зажимного устройства, которое состоит из элементарного или комбинированного силового механизма и привода.

В результате анализа свойств силовых механизмов, приводов и предъявляемых к ним требований были выявлены следующие критерии выбора: коэффициент усиления силового механизма, быстродействие силового механизма, обеспечение самоторможения механизма, габариты и стоимость привода.

Основными задачами, на решение которых ориентирована Д математическая модель, являются формирование начального множества альтернатив, формирование множества допустимых альтернатив, формирование иерархии критериев оценки альтернатив, выполнение процедуры оценивания, синтез обобщенных оценок предпочтительности альтернатив и выбор наиболее предпочтительной альтернативы.

Описана методика формирования множества допустимых альтернативных вариантов зажимного устройства, каждый элемент которого может претендовать в качестве решения задачи выбора. Разработана процедура оценивания альтернатив по каждому критерию. Разработана процедура синтеза оценок предпочтительности альтернативных вариантов, основанная на использовании метода анализа иерархий.

Реализован практический пример обоснованного выбора параметров зажимного устройства с использованием разработанной математической модели выбора. Результаты выбора представлены в виде диаграммы оценок Н предпочтительности альтернативных вариантов зажимного устройства.

Четвертая глава посвящена разработке автоматизированной системы проектирования элементарных и комбинированных силовых механизмов станочных приспособлений, интегрируемой в параметрическую систему твердотельного моделирования T-FLEX. Определены основные требования к программному комплексу. Выбрано программное, техническое и лингвистическое обеспечение. В качестве лингвистического обеспечения была использована интегрированная среда разработки приложений Delphi 7 и язык программирования Object Pascal.

Разработана структурно-функциональная схема автоматизированной системы проектирования элементарных и комбинированных силовых механизмов. Система состоит из модуля управления, модуля расчета силы закрепления заготовки, модуля, реализующего математическую модель выбора параметров зажимного устройства, и блока модулей расчета всех типов элементарных и комбинированных силовых механизмов.

Разработано информационное обеспечение автоматизированной системы проектирования элементарных и комбинированных силовых механизмов, которое состоит из параметрической библиотеки твердотельных моделей элементов силовых механизмов и реляционной базы данных, содержащей необходимые для проектирования сведения.

Приведены структурные схемы параметрической библиотеки и базы данных. Показана иллюстрация интерфейсов системы и описание работы каждого модуля автоматизированной системы.

В пятой главе приводится краткое описание разработанного программного комплекса и рекомендации по его применению. Практическая реализация автоматизированной системы проектирования элементарных и комбинированных силовых механизмов, интегрированной в параметрическую систему твердотельного моделирования T-FLEX, показана на примере автоматизированного проектирования эксцентрико-рычажного силового механизма, приводящегося в действие ручным приводом. В результате автоматизированного проектирования получены твердотельная модель эксценрико-рычажного механизма, сборочный и деталировочные чертежи конструкции механизма.

Полученный сборочный чертеж эксценрико-рычажного силового механизма состоит из следующих деталей:

• кулачок эксцентриковый круглый ГОСТ 9061 -68,

• рукоятка цилиндрическая ГОСТ 8923-69,

• прихват передвижной шарнирный ГОСТ 9058-69,

• болт со сферической головкой ГОСТ 9048-69,

• гайка ГОСТ 5927-70,

• шайба коническая ГОСТ 13439-68,

• пружина сжатия ГОСТ 13165-67,

• штифт цилиндрический ГОСТ 3128-70.

В данной главе приведена методика оценки технико-экономической эффективности от использования разработанной автоматизированной системы проектирования.

5.4. Выводы к пятой главе

1. Сформулированы требования к техническому обеспечению для устойчивого функционирования разработанной автоматизированной системы проектирования элементарных и комбинированных силовых механизмов в условиях применения интегрированной системы T-Flex.

2. В результате проектирования элементарных и комбинированных силовых механизмов с помощью разработанной автоматизированной системы в условиях применения интегрированной системы T-Flex был спроектирован эксцентрико-рычажный силовой механизм. Получены 3D модель механизма, сборочные и деталировочные чертежи, что подтверждает работоспособность разработанной автоматизированной системы.

3. Приведена методика оценки технико-экономической эффективности от использования разработанной автоматизированной системы проектирования элементарных и комбинированных силовых механизмов.

160

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В результате проведенных исследований была разработана методика автоматизированного проектирования элементарных и комбинированных силовых механизмов в условиях применения интегрированных САПР и математическая модель выбора параметров зажимного устройства, основанная на применении метода анализа иерархий, которые реализованы в автоматизированной системе проектирования элементарных и комбинированных силовых механизмов, являющейся специализированным приложением к параметрической системе твердотельного моделирования Т-FLEX. Это является достижением основной цели работы - обеспечение автоматизации процесса проектирования элементарных и комбинированных силовых механизмов станочных приспособлений в условиях применения интегрированных САПР.

Основные научные и практические результаты работы докладывались и обсуждались на 4-й международной научно-технической конференции в 2001 года в г. Брянске, на 56-й научной конференции профессорско-преподавательского состава в 2002 года в г. Брянске, на международной научно-практической конференции молодых ученых и специалистов в 2003 года в г. Воронеже, на международной научно-технической конференции в 2003 г. в городе Севастополе.

Диссертационная работа выполнена на кафедре «Технология машиностроения» Брянского государственного технического университета.

Результаты исследований и разработанная автоматизированная система проектирования элементарных и комбинированных силовых механизмов станочных приспособлений прошли успешные испытания в проектном институте ОАО «ГПИСТРОЙМАШ», а также нашли применение в учебном процессе Брянского государственного технического университета на кафедре "Технология машиностроения" при подготовке специалистов по дисциплинам «Основы САПР», «САПР ТП», «Проектирование технологической оснастки», «Технология машиностроения».

При выполнении работы были получены следующие основные выводы и результаты:

1. Разработана общая методика и алгоритм автоматизированного проектирования элементарных и комбинированных силовых механизмов станочных приспособлений в условиях применения интегрированных САПР.

2. Разработана методика и алгоритм автоматизированного расчета силы закрепления заготовки в станочном приспособлении

3. Построена математическая модель выбора параметров зажимного устройства, основанная на использовании метода анализа иерархий.

4. Предложены алгоритмы автоматизированного расчета параметров элементарных и комбинированных силовых механизмов.

5. Разработана автоматизированная система проектирования элементарных и комбинированных силовых механизмов станочных приспособлений, интегрированная в параметрическую систему твердотельного моделирования T-FLEX.

6. Разработано информационное обеспечение автоматизированной системы проектирования элементарных и комбинированных силовых механизмов станочных приспособлений, включающее в себя параметрическую библиотеку твердотельных моделей элементов силовых механизмов и базу данных, предназначенную для хранения необходимой в процессе проектирования информации.

7. Использование разработанной автоматизированной системы проектирования элементарных и комбинированных силовых механизмов станочных приспособлений в условиях применения интегрированных САПР показано на примере проектирования эксцентрико-рычажного силового механизма.

1. Абакумов М.М. Современные станочные приспособления.- М.:Машгиз, 1960.-326с.

2. Аверченков В.И. и др. САПР технологических процессов, приспособлений и режущих инструментов: Учеб. пособие для вузов/ В.И. Аверченков, И. А. Каштальян, А.П. Пархутик. Мн.: Выш. Шк., 1993.-288 е.: ил.

3. Аверченков В.И., Ильицкий В.Б. Автоматизация проектирования приспособлений: Учеб. пособие. Брянск: БИТМ, 1989. - 174 с.

4. Автоматизированные системы технологической подготовки производства в машиностроении. Под ред. чл.-кор. АН БССР Г.К. Горанского. М., «Машиностроение», 1976, 240 е., с ил.

5. Андреев Г.Н. Проектирование технологической оснастки машиностроительного производства: Учеб. пособие для машиностроит. спец. вузов/ Г.Н. Андреев, В.Ю. Новиков, А.Г. Схиртладзе; Под ред. Ю.М. Соломенцева 3-е изд., стер. - М.: Высш. шк., 2001 -415 е.: ил.

6. Андрейчиков А.В., Андрейчикова О.Н. Компьютерная поддержка изобретательства (методы, системы, примеры применения). М.: Машиностроение, 1998.-476 е.: ил.

7. Ансеров М.А. Приспособления для металлорежущих станков. Изд. 4-е, исправ. и доп. Л., «Машиностроение» (Ленингр. отд-ние),1975. 656 с.

8. Болотин Х.Л., Костромин Ф.П. Станочные приспособления. Изд. 5-е, перераб. и доп.-М., «Машиностроение», 1973, 344 с.

9. Ю.Борисов А.Н. и др. Принятие решений на основе нечетких моделей. Примеры использования/А.Н. Борисов, О.А. Крумберг, И.П. Федоров, -Рига: Зинатне, 1990. 184 с.

10. Выбор конструкций станочных приспособлений и структур технологических операций. Методические рекомендации. М.: НИИмаш, 1983.- 156 с.

11. Гардан И., Люка М. Машинная графика и автоматизация конструирования: Пер. с франц.-М.: Мир, 1987.-272 е., ил.

12. Горанский Г.К., Бендерева Э.И. технологическое проектирование в комплексных автоматизированных системах подготовки производства. -М.: Машиностроение, 1981.-456 с.

13. ГОСТ 19.701 90 (ИСО 5807-85) ЕСПД Схемы алгоритмов, программ, данных и систем. Условные обозначения и правила выполнения. Издательство стандартов, 1991.

14. Диалоговое проектирование технологических процессов/ Н.М. Капустин, В.В. Павлов, JI.A. Козлов и др. М.: Машиностроение, 1983. -255 с. ил.

15. Детали и механизмы металлорежущих станков/ под ред. Д.Н.Решетова. Т 2. -М., «машиностроение», 1972, стр. 520.

16. Жуковин В.Е. Нечеткие многокритериальные модели принятия решений. Тбилиси: Мецниереба, 1988. - 69 с.

17. Евгеньев Г.Б Системология инженерных знаний: Учеб. пособие для вузов. М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2001 - 376 е., (Сер. Информатика в техническом университете).

18. Заде JI.A. Понятие лингвистической переменной и его применение к принятию приближенных решений: Пер. в англ. М.:Мир,1976 - 165 с.

19. Иванова Г.С., Ничушкина Т.Н., Пугачев Е.К. Объектно-ориентированное программирование. М.: Издательство МГТУ им. Баумана, 2001.-320с.

20. Ильицкий В.Б., Ерохин В.В. Проектирование технологической оснастки: Учеб. пособие. Брянск: БГТУ, 2001. - 104 с.

21. Ильицкий В.Б., Зотина О.В., Шпичак С.А. Стопорение эксцентриковых зажимных механизмов // Журнал «СТИН», №7, 2003. с.26-27.

22. Ильицкий В.Б., Микитянский В.В., Сердюк JI.M. Станочные приспособления. Конструкторско-технологическое обеспечение эксплуатационных свойств. М.: Машиностроение, 1989. - 208 е.: ил.

23. Инвариантные компоненты систем автоматизации проектирования приспособлений / Под общей ред. А.Г. Раковича. Мн.: Наука и техника, 1980, 160 с.

24. Казеннов Г.Г., Соколов А.Г. Основы построения САПР и АСТПП. М.: Высш. Шк., 1989. - 200 с.

25. Капустин Н.М. Автоматизация машиностроения. М.: Высш. Шк., 2003. - 223 с.

26. Капустин Н.М. Разработка технологических процессов обработки деталей на станках с помощью ЭВМ. М.: Машиностроение, 1976288 с.

27. Капустин Н.М., Павлов В.В., Козлов JI.A. и др. Диалоговое проектирование технологических процессов. М.: Машиностроение, 1983-255 с.

28. Коваленко А.В., Подшивалов Р.Н. Станочные приспособления. М.: Машиностроение, 1986, 152 е., ил.

29. Корсаков B.C. Основы конструирования приспособлений: Учеб. для вузов. 2-е изд., перераб. и доп. - М.:Машиностроение,1983. - 277 е., ил.

30. Корсаков B.C., Капустин Н.М., Темпельгоф К.Х., Лихтенберг X. Автоматизация проектирования технологических процессов в машиностроении. М.: Машиностроение, 1985. - 304 с.

31. Культин Н.Б. Программирование на Object Pascal Delphi 5 СПб.: БХВ - Санкт-Петербург, 2000. - 464 е.: ил.

32. Лихачев А.А. Автоматическая подготовка производства М.: Изд-во МАИ, 1993.-256 с.

33. Марголин Е.М., Кузнецов А.Л. Использование параметрических возможностей системы T-Flex CAD для проектирования станочных приспособлений и оснастки/ www.topsystems.ru официальный сайт компании «Топ Системы».

34. Мейер Д. Теория реляционных баз данных. М.: Мир, 1987. - 608 с.

35. Методы синтеза технических решений. Дворянкин A.M., Половинкин А.И., Соболев А.Н. М., «Наука», 1977. 1-104.

36. Митрофанов В.Г., Калачев О.Н, Схиртладзе А.Г., Басин A.M. САПР в технологии машиностроения. Учеб. Пособие. Ярославль: Изд-во Яросла. Гос. Тех.ун-та, 1995.-298 с.

37. Митрофанов С.П. Научная организация машиностроительного производства. 2-е изд. - Л.: Машиностроение, 1976. - 712 с.

38. Мировой рынок CAD/CAM/CAE-систем/ www.catia.spb.ru сайт, посвященный системе CATIA Solutions.

39. Моисеева Н.К. Функционально-стоимостной анализ в машиностроении. М.: Машиностроение, 1987. - 320 с.

40. Новиков Ф.А., Яценко А.Д. Microsoft® Office 2000 в целом. СПб.: БХВ - Санкт-Петербург, 1999. - 728с„ ил.

41. Новые цанговые зажимные и подающие механизмы: Учеб. пособие для слушателей заочных курсов повышения квалификации ИТР по проектированию и эксплуатации станочных приспособлений/ Ю.Н. Кузнецов. М.: Машиностроение, 1989. - 56 с.

42. Орловский С.А. Проблемы принятия решений при нечеткой исходной информации.-М.: Наука, 1981.-208 с.

43. Ортега Дж., Пул У. Введение в численные методы решения дифференциальных уравнений/Пер. с англ.; Под ред. А.А. Абрамова. -М.: Наука. Гл. ред. физ.-мат. лит., 1986. 288 с.

44. Основы автоматизации технологического проектирования: Учеб. Пособие / Хмеловский Г.Л., Кроль О.С., Сурнин Ю.М. К.: УМК ВО, 1989.- 189 с.

45. Павлов В.В. Типовые математические модели в САПР ТПП. М.: Мосстанкин, 1989. - 75с.

46. Петкевич А.В., Хамец Н.И. Feature-технологии: состояние и перспективы // Автоматизация проектирования. 2000. № 1-2. с. 17-26.

47. Применение ЭВМ в технологической подготовке серийного производства / Митрофанов С.П., Гульнов Ю.А., Куликов Д.Д. М.: Машиностроение, 1981. - 287 с.

48. Пухов А.С. Информационные поисковые системы при автоматизированной подготовке оснастки. М., «Машиностроение», 1978. 133 с.сил.

49. Р. Баас, M. Фервай, X. Гюнтер. Delphi 4: полное руководство: пер. с нем. К.: Издательская группа BHV, 1999. - 800 е.: ил.

50. Ракович А.Г. Автоматизация проектирования приспособлений для металлорежущих станков. М.: Машиностроение, 1980. - 136 е., ил.

51. Ревунков Г.И. и др. Базы и банки данных и знаний: Учеб. для вузов по спец. «Автоматизирован, системы обраб. информ. и упр.» /Г.И. Ревунков, Э.Н. Самохвалов, В.В.Чистов; Под ред. В.Н. Четверикова-М.: Высш.шк., 1992.-367 е.: ил.

52. Рыбаков А.В. Особенности выбора графической среды для промышленного проектирования объектов машиностроения/ Информационные технологии, №5, 2002, стр. 13-20.

53. Рыбаков А.В., Евдокимов С.А., Краснов А.А. Проектирование технологической оснастки на основе автоматизированной поддержки информационных решений/ Информационные технологии, №10, 2001, стр. 15-22.

54. Рязанцев А.Н., Жолобов А.А. Автоматизация проектирования технологических процессов. Сб. задач: Учебн. пособие. Мн.: ММИ, 1997.- 126 с.

55. Саати Т. Принятие решений. Метод анализа иерархий. М.: Радио и связь, 1993.-320 с.

56. САПР в технологии машиностроения: Учеб.пособие/Митрофанов В.Г., Калачев О.Н., Схиртладзе А.Г., Басин A.M.- Ярославль; Ярослав.гос.техн.ун-т, 1995.-298с.

57. Системы автоматизированного проектирования: В 9-ти кн. Кн.9. Иллюстрированный словарь: Учеб. пособие для втузов/Д.М. Жук, П.К. Кузьмик, В.Б. Маничев и др.: Под ред. И.П. Норенкова. М.: Высш.шк., 1986.-159 е.: ил.

58. Соломенцев Ю.М. Конструкторско-технологическая информатика и автоматизация производства. М.: "Станкин", 1992. - 127с.

59. Соломенцев Ю.М., Рыбаков А.В. Компьютерная подготовка производства. Автоматизация проектирования, 1997, №1. - с. 31-35.

60. Справочник по математике (для научных работников и инженеров). Г. Корн, Т. Корн. М., 1973, 832 е., с ил.

61. Справочник технолога-машиностроителя. В 2-х т. T.l/Под ред. А.Г. Косиловой и Р.К. Мещерякова. 4-е изд., перераб. и доп. - М.: Машиностроение, 1986. 496 е., ил.

62. Справочник технолога-машиностроителя. В 2-х т. Т.2/Под ред. А.Г. Косиловой и Р.К. Мещерякова. 4-е изд., перераб. и доп. - М.: Машиностроение, 1986. 656 е., ил.

63. Станочные приспособления: Учеб.пособие/ А.Г. Схиртладзе, В.Ю.1. KJ

64. Новиков, Г.А. Мелетьев, Г.М. Бурков и др. Йошкар-Ола: Мар.ГТУ, 1998.-170с.

65. Станочные приспособления: Справочник. В 2-х т./Ред. совет: Б.Н. Вардашкин (пред.) и др. М.: Машиностроение, 1984. - Т.1 /Под ред. Б.Н. Вардашкина, А.А. Шатилова, 1984. 592 е., ил.

66. Станочные приспособления: Справочник. В 2-х т./Ред. совет: Б.Н. Вардашкин (пред.) и др. М.: Машиностроение, 1984. - Т.2 /Под ред. Б.Н. Вардашкина, В.В. Данилевского, 1984. 656 е., ил.

67. Старостин В.Г., Лелюхин В.Е. Автоматизация проектирования процессов механической обработки деталей: Учебн. Пособие. -Владивосток: Изд-во дальневосточного университета, 1984. 124 с.

68. Схиртладзе А.Г. Технологическая оснастка машиностроительных производств:альбом:учеб.пособие.Ч. 1 .-М.:Изд-во Станкин, 1999.595с.-(технология,оборуд.и автоматизация машиностроит.пр-в).

69. Схиртладзе А.Г. Технологическая оснастка машиностроительных производств:альбом:учеб.пособие.Ч.2.-М. :Изд-во Станкин, 1999.614с.-(технология,оборуд.и автоматизация машиностроит.пр-в).

70. Схиртладзе А.Г. и др. Станочные приспособления: Учебное пособие. -Йошкар-Ола: МарГТУ, 1998.-170 с.

71. Теория и практика построения баз данных. 8-е изд./ Д.Крёнке.-СПб.: Питер, 2003. 800 е.: ил. - (Серия «Классика computer science»).

72. Технология автоматизированного машиностроения: Специальная часть / А.А. Жлобов, В.Т. Высоцкий, В.А. Лукашенко и др.; Под ред. А.А. Жолобова. Мн.: Дизайн ПРО, 1997. - 384 с.

73. Фаронов В.В. Программирование баз данных в Delphi 7. Учебный курс. СПб.: Питер, 2005 - 459 е.: ил.

74. Фираго В.П. Проектирование станочных приспособлений: учеб. пособие для вузов. М .: Оборонгиз, 1948. - 643с.

75. Цветков В.Д. Система автоматизации проектирования технологических процессов. М., «Машиностроение», 1972, 240 с.

76. Цветков В.Д. Системно-структурное моделирование и автоматизация проектирования технологических процессов. Мн., «Наука и техника», 1979, 264 с.

77. Шпур Г., Краузе Ф. Автоматизированное проектирование в машиностроении: Пер. с нем. М.: Машиностроение, 1988. - 648 с.

78. Энгельке У.Д. Как интегрировать САПР и АСТПП. М.: Машиностроение, 1990. - 320 с.

79. Листинг программных модулейprogram ProjectGlav;uses Forms,

80. UnitGlav in'UnitGlav.pas' {Forml}, dmUnit in 'dmUnit.pas' {DM: TDataModule};$R *.res}begin Application.Initialize; Application.CreateForm(TForm 1, Form 1); Application.CreateForm(TDM, DM); Application.Run; end.unit Unitl;interfaceuses

81. Windows, Messages, SysUtils, Variants, Classes, Graphics, Controls, Forms, Dialogs, Menus, ExtCtrls, ComCtrls, Tabnotbk, StdCtrls, SlideShow, Math, DB, DBTables, Grids, DBGrids;private

82. Private declarations } public

83. Public declarations } end;var

84. Forml: TForml; NX,NY,nomer: smalllnt; ic, ugola!pha: extended; implementation$R *.dfm}procedure ToBigPaintBox(FileName: TFileName); begin1. With Forml do begin1. Panel2.Height:=480;1. Panel2.Width:=680;1. PaneI2.Visible:=true;

85. SetDrawRegion(FileName,NX,NY);1. PaintBox.Width:=670;1. PaintBox.Height:=470;1. PaintBox.Repaint;

86. PaintBox.Canvas.FillRect(CIientRect); ShowSlideFromFile (PaintBox.Canvas,FileName,0,0,1.3, True); end; end;procedure TForml.N2CIick(Sender: TObject); begin

87. Panel 1 .Visible:=t rue; end;procedure TForml.PaintBoxlPaint(Sender: TObject); begin

88. PaintBoxl .Canvas.FillRect(ClientRect); ShowSlideFromFile (PaintBoxl.Canvas,'risl.sld',0,0,0.25, True); end;procedure TForml.PaintBoxlClick(Sender: TObject); begin

89. ToBigPaintBox('risl.sld'); end;procedure TForml.PaintBoxClick(Sender: TObject); begin

90. Panel2.Visible:=false; end;procedure TForml.PaintBox2Paint(Sender: TObject); begin

91. PaintBox2.Canvas.FilIRect(ClientRect);

92. ShowSlideFromFile (PaintBox2.Canvas,'ris2.sld',0,0,0.3, True);end;procedure TForml.PaintBox2Click(Sender: TObject); begin

93. ToBigPaintBox('ris2.sld'); end;procedureTForml.PaintBox3Paint(Sender: TObject); begin

94. PaintBox3.Canvas.FiIlRect(ClientRect); ShowSlideFromFile (PaintBox3.Canvas,'ris3.sld',0,0,0.3, True); end;procedure TForml.PaintBox3Click(Sender: TObject); begin

95. ToBigPaintBox('ris3.sld'); end;procedure TForml.PaintBox4Paint(Sender: TObject); begin

96. PaintBox4.Canvas.FiIlRect(ClientRect); ShowSlideFromFile (PaintBox4.Canvas,'ris4.sld',0,0,0.3, True); end;procedureTForml.PaintBox5Paint(Sender: TObject); begin

97. PaintBox5.Canvas.FillRect(ClientRect); ShowSlideFromFile (PaintBox5.Canvas,'ris5.sld',0,0,0.3, True); end;procedure TForm 1 .PaintBox6Paint(Sender: TObject); begin

98. PaintBox6.Canvas.FillRect(ClientRect); ShowSlideFromFile (PaintBox6.Canvas,'ris6.sld',0,0,0.3, True); end;procedure TForml.PaintBox7Paint(Sender: TObject); begin

99. PaintBox7.Canvas.FillRect(ClientRect);

100. ShowSlideFromFile (PaintBoxT.Canvas/risT.sId',0,0,0.3, True);end;procedure TForml.PaintBox8Paint(Sender: TObject); begin

101. PaintBox8.Canvas.FillRect(ClientRect);

102. ShowSlideFromFile (PaintBox8.Canvas,'ris8.sld\0,0,0.3, True);end;procedure TForml.PaintBox9Paint(Sender: TObject); begin

103. PaintBox9.Canvas.FillRect(ClientRect); ShowSlideFromFile (PaintBox9.Canvas,'ris9.sld',0,0,0.3, True); end;procedure TForml.PaintBoxlOPaint(Sender: TObject); begin

104. PaintBox 10.Canvas.FillRect(ClientRect); ShowSIideFromFile (PaintBox 10.Canvas,'ris 10.sId'.0,0,0.3, True); # end;procedure TForml.PaintBoxl lPaint(Sender: TObject); begin

105. PaintBoxl 1.Canvas.FillRect(ClientRect); ShowSIideFromFile (PaintBox 11 .Canvas,'ris 11 .sld',0,0,0.3, True); end;procedure TForml.PaintBox4Click(Sender: TObject); begin

106. ToBigPaintBox('ris4.sld'); end;procedure TForml.PaintBox5Click(Sender: TObject); begin

107. ToBigPaintBox('ris5.sld'); end;procedureTForml.PaintBox6Click(Sender: TObject); begin

108. ToBigPaintBox('ris6.sId'); end;procedure TForm l.PaintBox7Click(Sender. TObject); begin

109. ToBigPaintBox('ris7.sld'); end;ф procedure TForm 1 .PaintBox8Click(Sender: TObject);begin

110. ToBigPaintBox('ris8.s!d'); end;procedure TForml.PaintBox9Click(Sender: TObject); begin

111. ToBigPaintBox('ris9.sld'); end;procedureTForml.PaintBoxlOCIick(Sender: TObject); begin

112. ToBigPaintBox('ris 10.sld'); end;procedure TForml.PaintBoxl lClick(Sender: TObject); begin

113. W, dopusk, ugo!, zazorgar, zapashoda,J, SW, SQ, ctgugoIalpha,Q : extended; begin

114. W:=StrToFloat(MemoW.Lines0.);dopusk:=StrToFloat(MemoDop.Lines0.);nomer:=StrToInt(MemoShema.Lines0.);ugol:=StrToFloat(MemoUgolA.Lines0.);zazorgar:=StrToFIoat(Edit5.Text);zapashoda:=StrToFloat(Edit6.Text);

115. J:=StrToFloat(Edit7.Text);

116. SW:=dopusk+zazorgar+zapashoda+W/J;ugolalpha:=ugol*pi/l80;ctgugoIa!pha:=cos(ugolaIpha)/sin(ugolalpha);1. SQ:=SW*ctgugolalpha;1. Rachetlc;1. Q:=W/ic;

117. Edita3.Text:=FloatToStr(a3* 180/pi); Edita4.Text:=FloatToStr(a4* 180/pi); Edita5.Text:=FloatToStr(a5* 180/pi); Edita6.Text:=FIoatToStr(a6* 180/pi); Edita7.Text:=FloatToStr(a7* 180/pi); ф Edita8 .Text:=Float ToStr(a8 * 180/pi);

118. MemoW.Lines.LoadFromFile('D:\AUTOMATED SYSTEM l.l\SilaW.txt'); MemoZM.Lines.LoadFromFiIe('D:\AUTOMATED SYSTEM l.l\TipZM.txt'); MemoPR.Lines.LoadFromFiIe('D:\AUTOMATED SYSTEM l.l\PR.txt'); * MemoDPr.Lines.LoadFromFile('D:\AUTOMATED SYSTEM l.l\DPr.txt');

119. MemoDop.Lines.LoadFromFile('D:\AUTOMATED SYSTEM l.l\Dop.txt');while not TableKL.Eof do begin